Beschreibung des Prozess- und Mischverhaltens von Schneckenmischelementen und Zahnmischelementen für Gleichdrall-Doppelschneckenextruder
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei der Aufbereitung von Kunststoffen in Gleichdrall - Doppelschneckenextrudern werden immer häufiger Zahnmischelemente und Schneckenmischelemente eingesetzt, um steigenden Anforderungen an den Aufbereitungsprozess und an den Kunststoff genügen zu können. Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung von Modellen zur Beschreibung und Vorhersage des Prozess- und Mischverhaltens von Schneckenmischelementen und Zahnmischelementen für den gleichdrall- Doppelschneckenextruder. In den ersten beiden Jahren wurden zunächst geometrische Ersatzmodelle für die zu untersuchenden Mischelementtypen (im Einzelnen sind das Zahnmischelemente, kämmende und tangierende Gewindemischelemente) erstellt. Diese Ersatzmodelle ergeben sich durch Überlagerung von einfachen Kanalgeometrien. Für diese einfachen Geometrien wurden Finite-Element-Simulationen durchgeführt, deren Ergebnisse dann in Modellen, die eine schnelle Berechnung der Prozesseigenschaften erlauben, zusammengefasst wurden. Es wurden jeweils Modelle für die Druck-Durchsatzberechnung und die Leistungseinbringung erstellt. In den letzten beiden Projektjahren wurden auf Grundlage der in den ersten beiden Projektjahre gesammelten Erfahrungen, weitere Modelle erstellt, mit deren Hilfe die Mischwirkungen der untersuchten Mischelemente charakterisiert werden können. Auch dazu wurden Finite-Element-Simulationen der Strömung in den Ersatzgeometrien durchgeführt. Die auf Basis der Polyflow-Ergebnisse erstellten Modelle ermöglichen es, die mittleren Schergeschwindigkeiten und Schubspannungen sowie Verweilzeitverteilungen, wie sie in den Mischelementen vorliegen, zu berechnen. Anhand dieser Größen lässt sich eine Aussage über die erzielte Mischgüte machen. Mit Hilfe der erstellten Modelle ist es möglich, das Prozess- und Mischverhalten der meisten heute eingesetzten Doppelschneckenextruder über die gesamte Länge der Verfahrenseinheit zu berechnen. Durch Implementieren der Modelle in entsprechende Computersoftware zur Auslegung von Doppelschnecken kann eine schnelle und zuverlässige Prozessvorhersage erfolgen. Am KTP wurden die Modelle mit dem Simulationsprogramm SIGMA, welches ein Gemeinschaftsprojekt des KTP mit nationalen und internationalen Industriepartner ist, umgesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Investigation of the Process Behavior of Special Mixing Elements, International Polymer Processing, XVI(2001)4, S.341-350
Potente, H.; Kretschmer, K.; Hofmann, J.; Senge, M.; Mours, M.; Scheel, G.; Winkelmann, Th.
